Шаговый привод Stepline

Шаговый привод Stepline

Ошибки

Свойство menuHierarchy не найдено

• Главная
• О компании
• Доставка и оплата
• Контакты

• Блог
• Вопросы и ответы

+7(495) 177-01-02

Режим работы

В корзине ничего нет

Каталог товаров

• Шаговые двигатели
• Драйверы Stepline
• Блоки питания
• Комплекты

Войти

Шаговый привод Stepline

Подбор драйвера для шагового двигателя

Драйвер шагового двигателя характеризуется двумя основными характеристиками: максимально допустимым напряжением питания драйвера и максимально возможным выходным ток. Напряжение питания, подаваемое на драйвер не должно превышать его максимально допустимого значения. Чем выше напряжение питания, тем с большими скоростями сможет вращаться шаговый двигатель, но с повышением напряжения увеличивается перегрев шагового двигателя. Максимально возможный ток драйвера в общем случае должен превышать номинальный ток обмоток шагового двигателя, но должна быть проведена настройка выходного тока драйвера на конкретный шаговый двигатель. Выходной ток драйвера должен быть ограничен номинальным током двигателя или быть меньше (как правило, настройка тока осуществляется с помощью микропереключателей на драйвере). Функция дробления шага (микрошаг) имеется в каждом современном драйвере, поэтому особое внимание этому вопросу уделять не имеет смысла.

Выбор шагового привода и скорости движения в системе по возможности устранения резонансных явлений

Шаговый привод весьма часто имеет повышенную предрасположенность к, так называемым, резонансным явлениям в системе. Поведение шагового двигателя с нагрузкой на вале похоже на поведение колебательного звена. Описание движение привода усложняется наличием всякого рода нелинейностей (люфты, электромагнитные нелинейности, сухое трение и пр.). Если частота командных импульсов, вынуждающих шаговый привод переходить от одного положения к другому, начинает совпадать с частотой собственных колебаний в электромагнитной системе шагового двигателя, то могут возникнуть резонансные явления. При резонансе движение в приводной системе становится непредсказуемым. Привод либо останавливается, либо едет на неопределённой скорости в неопределенном направлении. Причем точку резонанса не всегда можно вычленить и обойти, поскольку она, как правило, может изменяться, например, в зависимости от положения суппорта станка относительно его ходового винта. Часто подавлению резонансных колебаний способствует наличие простого толстого резинового диска на втором вале шагового двигателя (кстати, за этот диск удобно вручную прокручивать вал шагового двигателя, когда он обесточен, если, конечно, это требуется.

Выбор шагового двигателя по предельно возможной скорости движения нагрузки

Во всём диапазоне скоростей момент нагрузки двигателя должен быть заведомо меньше значения вращающего момента, который может развить шаговый двигатель на данной конкретной скорости. Любое превышение момента нагрузки над предельным моментом двигателя приведет к «опрокидыванию» этого двигателя, пропуску шагов, потерю им заданного положения. Следует внимательно и скрупулёзно решить этот вопрос на основании частотных характеристик, обычно предоставляемых производителем двигателя и, в частности, выбрать необходимое напряжение питания драйвера шагового привода. В любом случае не целесообразно ориентироваться на то, что шаговый двигатель сможет вращаться под нагрузкой со скоростью большей, чем 500об/мин

Выбор шагового привода

В обычных применениях момент нагрузки, тормозящий вращение двигателя, не должен превышать пороговое значение равное 30 … 50% от паспортного значения удерживающего момента (синхронизирующий момент, holding torque). Причем проверка этого соотношения должна быть проведена во всём диапазоне требуемых скоростей вращения.

Конспект лекций «Мехатроника» (стр. 8 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

,

где N – число шагов, t – время, V – скорость, выраженная в шагах в единицу времени, A – ускорение, выраженное в шагах, деленных на время в квадрате.

Для одного шага , тогда длительность шага . В результате осуществления шага скорость становится равной .

Резонанс шагового двигателя

Шаговым двигателям свойственен нежелательный эффект, называемый резонансом. Эффект проявляется в виде внезапного падения момента на некоторых скоростях. Это может привести к пропуску шагов и потере синхронности. Эффект проявляется в том случае, если частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой ротора двигателя.

Когда двигатель совершает шаг, ротор не сразу устанавливается в новую позицию, а совершает затухающие колебания. Дело в том, что систему ротор – магнитное поле – статор можно рассматривать как пружинный маятник, частота колебаний которого зависит от момента инерции ротора (плюс нагрузки) и величины магнитного поля. Ввиду сложной конфигурации магнитного поля, резонансная частота ротора зависит от амплитуды колебаний. При уменьшении амплитуды частота растет, приближаясь к малоамплитудной частоте, которая более просто вычисляется количественно. Эта частота зависит от угла шага и от отношения момента удержания к моменту инерции ротора. Больший момент удержания и меньший момент инерции приводят к увеличению резонансной частоты.

Резонансная частота вычисляется по формуле:

где F0 – резонансная частота, N – число полных шагов на оборот, TH – момент удержания для используемого способа управления и тока фаз, JR – момент инерции ротора, JL – момент инерции нагрузки.

Необходимо заметить, что резонансную частоту определяет момент инерции собственно ротора двигателя плюс момент инерции нагрузки, подключенной к валу двигателя. Поэтому резонансная частота ротора ненагруженного двигателя, которая иногда приводится среди параметров, имеет маленькую практическую ценность, так как любая нагрузка, подсоединенная к двигателю, изменит эту частоту.

На практике эффект резонанса приводит к трудностям при работе на частоте, близкой к резонансной. Момент на частоте резонанса равен нулю и без принятия специальных мер шаговый двигатель не может при разгоне пройти резонансную частоту. В любом случае, явление резонанса способно существенно ухудшить точностные характеристики привода.

В системах с низким демпфированием существует опасность потери шагов или повышения шума, когда двигатель работает вблизи резонансной частоты. В некоторых случаях проблемы могут возникать и на гармониках частоты основного резонанса.

Когда используется не микрошаговый режим, основной причиной появления колебаний является прерывистое вращение ротора. При осуществлении шага ротору толчком сообщается некоторая энергия. Этот толчок возбуждает колебания. Энергия, которая сообщается ротору в полушаговом режиме, составляет около 30% от энергии полного шага. Поэтому в полушаговом режиме амплитуда колебаний существенно меньше. В микрошаговом режиме с шагом 1/32 основного при каждом микрошаге сообщается всего около 0.1% от энергии полного шага. Поэтому в микрошаговом режиме явление резонанса практически незаметно.

Для борьбы с резонансом можно использовать различные методы. Например, применение эластичных материалов при выполнении механических муфт связи с нагрузкой. Эластичный материал способствует поглощению энергии в резонансной системе, что приводит к затуханию паразитных колебаний. Другим способом является применение вязкого трения. Выпускаются специальные демпферы, где внутри полого цилиндра, заполненного вязкой кремнийорганической смазкой, может вращаться металлический диск. При вращении этой системы с ускорением диск испытывает вязкое трение, что эффективно демпфирует систему.

Существуют электрические методы борьбы с резонансом. Колеблющийся ротор приводит к возникновению в обмотках статора э. д.с. Если закоротить обмотки, которые на данном шаге не используются, это приведет к демпфированию резонанса.

И, наконец, существуют методы борьбы с резонансом на уровне алгоритма работы драйвера. Например, можно использовать тот факт, что при работе с двумя включенными фазами резонансная частота примерно на 20% выше, чем с одной включенной фазой. Если резонансная частота точно известна, то ее можно проходить, меняя режим работы.

Если это возможно, при старте и остановке нужно использовать частоты выше резонансной. Увеличение момента инерции системы ротор-нагрузка уменьшает резонансную частоту.

Самой эффективной мерой для борьбы с резонансом является применение микрошагового режима.

Преимущества шагового двигателя

· Угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель.

· Двигатель обеспечивает полный момент в режиме остановки (если обмотки запитаны);

· Прецизионное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность от 3 до 5% от величины шага. Эта ошибка не накапливается от шага к шагу.

· Возможность быстрого стартаÞостановкиÞреверсирования.

· Высокая надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников.

· Однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи.

· Возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора.

· Может быть перекрыт довольно большой диапазон скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов.

Недостатки шагового двигателя

· Шаговым двигателем присуще явление резонанса.

· Возможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи.

· Потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки.

· Затруднена работа на высоких скоростях.

· Невысокая удельная мощность.

· Относительно сложная схема управления.

На рис. 2.17 приведены различные исполнения шаговых двигателей.

Рисунок 2.17 – Общий вид шаговых двигателей
а) гибридные шаговые двигатели серии FL20STH и FL28STH; б) шаговые двигатели серии FL57ST и FL57STH; в) шаговые двигатели серии FL110STH;
г) шаговый двигатель с интегрированной платой управления типа MDI34

Область применения гибридного шагового двигателя серии FL20STH и FL28STH – приборы точной механики, оптические приборы, измерительная техника, сортировочные автоматы, устройства автоматической подачи, миниатюрные дозаторы.

Техническая характеристика шагового двигателя типа FL20STH30-0604A

Величина полного шага, град 1,8

Погрешность углового шага, град ±0,09

Погрешность сопротивления обмоток двигателя, % 10

Погрешность индуктивности обмоток двигателя, % 20

Максимальное радиальное биение вала двигателя, мм 0,02

Максимальное осевое биение вала двигателя, мм 0,08

Максимальная допустимая осевая нагрузка на валу, Н 10

Максимальная допустимая радиальная нагрузка на валу, Н 28

Температурный диапазон эксплуатации от -20°С до + 50°С

Рабочий ток/фаза, А 0,6

Сопротивление/фаза, Ом 6,5

Индуктивность/фаза, мГн 1,7

Крутящий момент, кг×см 0,18

Момент инерции ротора, г×cм2 0,2

Область применения шаговых двигателей серии FL57ST и FL57STH – робототехника, намоточных станках, контрольно-сортировочных автоматах, системах технического зрения, регуляторах давления, небольших станках с ЧПУ, станках для сверления отверстий в печатных платах.

Техническая характеристика шагового двигателя типа FL57ST76-1506A

Величина полного шага, град 1,8

Погрешность углового шага, град ±0,09

Погрешность сопротивления обмоток двигателя, % 10

Погрешность индуктивности обмоток двигателя, % 20

Максимальное радиальное биение вала двигателя, мм 0,02

Максимальное осевое биение вала двигателя, мм 0,08

Максимальная допустимая осевая нагрузка на валу, Н 15

Максимальная допустимая радиальная нагрузка на валу, Н 75

Температурный диапазон эксплуатации от -20°С до + 50°С

Рабочий ток/фаза, А 1,5

Сопротивление/фаза, Ом 3,6

Индуктивность/фаза, мГн 6

Крутящий момент, кг×см 9

Момент инерции ротора, г×cм2 200

Шаговые двигатели серии FL110STH наибольшее распространение находят в станкостроении, в основном в токарных, фрезерных и координатно-расточных станках с ЧПУ. В шаговых приводах подач станков с ЧПУ можно добиться скорости 300-500 мм/сек при сохраниении высокой динамической точности, которая является следствием принципов работы шагового двигателя. Применение современных технологий управления шаговыми двигателями позволяет практически полностью устранить возможность потери шагов при обработке сложных изделий с большой длиной траектории режущего инструмента.

Техническая характеристика шагового двигателя типа FL110STH201-8004A

Решения проблем резонанса в автоматике шаговых двигателей

Шаговые двигатели отличаются высокой надежностью, просты в управлении и не требуют сложных дорогостоящих систем обратной связи. Поэтому компания Балтийское Объединение ОАО в своих разработках и системах автоматизации как правило использует именно шаговые двигатели. Их применение полностью оправдано в управлении станками для обработки цветных металлов, дерева, пластика, машинах плазменной, лазерной резки, плоттерах, медтехнике и других механизмах, в которых не требуется большой крутящий момент и высокие скорости подачи. Однако для решения специфических задач могут использоваться комбинированные методы, например, для точного определения положения ротора шаговые двигатели оснащаются энкодерами.

К сожалению, при всех достоинствах шаговый двигатель обладает существенными недостатками, основные из которых: малая удельная мощность, сравнительно низкие скорости вращения и невысокий крутящий момент. Шаговому двигателю, как дискретному синхронному двигателю, свойственен выход из синхронизма и как следствие потеря шагов при перемещении, что приводит к непоправимой ошибке позиционирования. Очень неприятным моментом является возникновение резонанса в электромеханической системе. Это является одной из причин нарушения нормальной работы привода. Для решения данных проблем нашей компанией была разработана и создана целая линейка драйверов шаговых двигателей, которые позволяют минимизировать воздействия резонанса и обеспечивают устойчивую работу электроники, автоматики и всего оборудования в целом. Драйверы уже используются в электронике станков лазерной, плазменной фрезерной обработки листовых материалов. Также они находят свое применение в отдельных устройствах и опциях, разработанных нашими специалистами. Например, в устройстве слежения на основе емкостного датчика, которое часто применяется как вертикальная Z координата.

При работе двигателя на частоте, совпадающей с резонансной, ротор двигателя колеблется вокруг положения устойчивого равновесия, возникает провал момента, что приводит к пропуску шагов и потере синхронности. Без принятия специальных мер шаговый двигатель при разгоне не может пройти резонансную частоту. Усиление амплитуды колебаний ротора вокруг положения равновесия вызывает сильные вибрации в передаточных механизмах, что является причиной избыточного шума и приводит к преждевременному износу механических деталей привода, вибрациям и нарушениям крепления частей и механизмов. В любом случае, явление резонанса способно существенно ухудшить точностные характеристики привода, поэтому изучение резонансных явлений и нестабильностей шагового привода представляет большой практический интерес.

Причиной возникновения резонанса является кратность частот собственных колебаний электромеханической системы и частот, возмущающих воздействий управляющих импульсов. В шаговом электроприводе как в нелинейной системе второго порядка резонанс может возникнуть при выполнении следующего условия:

В зависимости от сочетания резонанс и нестабильность пускового момента могут быть классифицированы по трем группам: низкочастотный резонанс, среднечастотная нестабильность и высокочастотные колебания.

Низкочастотный резонанс (частоты до 500 Гц).

Когда двигатель запускается с очень малой частотой вращения, а частота импульсов возрастает медленно, возникает резонанс на обертоне внешней частоты и субгармонические колебания.

Появляется главный резонанс на частотах собственных колебаний системы.

Возникает параметрический резонанс на обертоне собственной частоты.

Среднечастотная нестабильность. Одна из важнейших проблем, которую пришлось решать при разработке драйвера шагового двигателя и подборе самого двигателя как преодолеть данный вид резонанса. Он наблюдается при возрастании шаговых частот до 5001500 Гц и составляет 1/4, 1/5 шаговой частоты вращения.

Нестабильность имеет следующие особенности:

1) Колебания имеют одну или несколько частотных компонент. Они не связаны простым соотношением с шаговой частотой вращения двигателя и имеют более низкую частоту 5200 Гц.

2) При постоянных условиях работы наблюдаются медленно вырастающие колебания. Нарушение нормальной работы системы наступает через несколько секунд или даже минут. Возможна внезапная потеря синхронизма.

3) Характеристики нестабильности зависят от схемы и алгоритма управления.

4) Существенное влияние оказывает повышение момента инерции системы. Большая инерционность увеличивает нестабильность.

Высокочастотная нестабильность возникает на частотах 15002500 Гц, когда двигатель успешно проходит область среднечастотной нестабильности.

Анализируя условия и причины возникновения резонанса, наши специалисты выделили методы борьбы с каждой его разновидностью. Проблемой остается реализация решения, избавляющего от тех нестабильностей, которые оказывают наибольшее влияние на работу привода.

К настоящему времени Балтийским Объединением ОАО разработан микрошаговый инвертор с номинальным током фазы 8А, в котором реализован алгоритм обхода резонансных частот. Это позволяет получить мягкость хода во всем диапазоне рабочих скоростей. Использование такого алгоритма особенно важно для управления мощными двигателями с шагом 1.8° типа FL57, FL60, FL86, FL110 и т.п. А решение в пользу инвертора с таким алгоритмом повысит качество работы механической системы, особенно системы на зубчатых приводных ремнях, которой характерна прямая передача момента от вала двигателя на ремень через шестерню без редукции (ведущая шестерня кинематической системы зафиксирована непосредственно на валу двигателя).

Балтийское Объединение ОАО
Технический директор
Паршин Константин Эдвардович

Адрес: 199106, Россия, СанктПетербург,
Шкиперский пр. 14
Тел.: +7 (812) 715 69 66/77
Факс +7 (812) 3563573
Email: [email protected]
Http:// www.baltio.ru

199106, Россия, СанктПетербург,Шкиперский пр. 14 +7 (812) 715 69 66/77 +7 (812) 3563573 [email protected] www.baltio.ru

* при использовании и перепечатывании ссылка на источник или сайт обязательна

cnc-club.ru

Статьи, обзоры, цены на станки и комплектующие.

Шаговый двигатель подавления резонанса

• Отправить тему по email
• Версия для печати

Шаговый двигатель подавления резонанса

Сообщение davydov » 15 фев 2014, 18:21

Re: Шаговый двигатель подавления резонанса

Сообщение РЕКЛАМА » 15 фев 2014, 19:08

Re: Шаговый двигатель подавления резонанса

Сообщение davydov » 15 фев 2014, 20:06

Re: Шаговый двигатель подавления резонанса

Сообщение РЕКЛАМА » 15 фев 2014, 21:28

Re: Шаговый двигатель подавления резонанса

Сообщение Yur_ra » 15 фев 2014, 23:08

Re: Шаговый двигатель подавления резонанса

Сообщение davydov » 16 фев 2014, 08:43

Re: Шаговый двигатель подавления резонанса

Сообщение michael-yurov » 16 фев 2014, 10:07

У вас в драйверах не настраиваются алгоритмы подавления резонанса. Скорее всего в них ничего, кроме микрошага и нет.
Драйверы с такими моторами справятся с трудом — у моторов достаточно большая индуктивность (3 мГн) для тока в 4 А.
При питании 48 В, скорее всего сильно моторы не разогнать.
Хотя, с другой стороны — на холостом ходу эти моторы могли бы вращаться раз в 10 быстрее. странно.
Ускорение высокое не стоит ставить — 300-500 мм/сек² вполне достаточно.
Как я понял — у вас драйверы управляются от LPT. Это само по себе проблема, особенно, если в Windows установлено что-то кроме Mach3, что может сбивать генерацию импульсов на LPT.
Попробуйте запустить DriverTest.exe из папки C:/Mach3. Какой результат он покажет?
Какая частота ядра LPT установлена? не ставьте более 35 кГц.

P.S. кстати, опасно питать эти драйверы напряжением в 48В — могут и сгореть, особенно без дампера и с такими большими моторами.
Лучше оставить запас по напряжению процентов в 20.

Re: Шаговый двигатель подавления резонанса

Сообщение davydov » 16 фев 2014, 20:45

Re: Шаговый двигатель подавления резонанса

Сообщение Золушок » 16 фев 2014, 21:09

Re: Шаговый двигатель подавления резонанса

Сообщение michael-yurov » 17 фев 2014, 03:23

Ну эти — пусть стоят.

Еще стоит проверить в BIOS, чтобы не было включено автоматическое регулирование частоты процессора.

Стабильность сигнала управления можно проверить утилитой DriverTest.exe из папки C:/Mach3. Я уже писал об этом.

Лучше — через внешний аппаратный контроллер.

Вообще, я делал цифровой фильтр для LPT (видимо, пурелоджиковская примочка подавления резонанса работает по схожему принципу), но навязывать свое нехорошо, потому советовать не стану.

Сначала стоит разобраться с возможными проблемами, запустить станок, а потом уже, когда все будет работать — можно подумать об аппаратном контроллере.